Boundless Chemistry

Urychlovač částic

Urychlovač částic je zařízení, které využívá elektromagnetické pole k pohonu nabitých částic na vysoké rychlosti v přesně definovaných svazcích.

Urychlovač částic je zařízení, které pomocí elektromagnetického pole pohání nabité částice na vysoké rychlosti a zadržuje je v přesně definovaných svazcích. Zatímco současné urychlovače částic se zaměřují na rozbíjení subatomárních částic, dřívější urychlovače částic rozbíjely celé atomy, čímž vyvolávaly jadernou fúzi, a tedy jadernou transmutaci.

Jaderná transmutace je přeměna jednoho chemického prvku nebo izotopu na jiný. Jinými slovy, atomy jednoho prvku lze transmutací přeměnit na atomy jiného prvku. K tomu dochází buď prostřednictvím jaderných reakcí, při nichž vnější částice reaguje s jádrem, které může dodat urychlovač částic, nebo prostřednictvím radioaktivního rozpadu, kdy není třeba žádné vnější částice.

Historie jaderné transmutace

Termín transmutace pochází z alchymie. Alchymisté usilovali o kámen mudrců, který dokázal přeměnit obecné kovy ve zlato. O nemožnosti kovové transmutace se mezi alchymisty, filozofy a vědci vedly debaty již od středověku. V 18. století nahradil Antoine Lavoisier alchymistickou teorii prvků moderní teorií chemických prvků a později John Dalton dále rozvinul pojem atomů, aby vysvětlil různé chemické procesy. Rozpad atomů je samostatný proces zahrnující mnohem větší energie, než jakých mohli dosáhnout alchymisté.

Jadernou transmutaci poprvé vědomě použil v moderní fyzice Frederick Soddy, když spolu s Ernestem Rutherfordem v roce 1901 zjistil, že radioaktivní thorium se samo přeměňuje na radium. V okamžiku uvědomění, jak Soddy později vzpomínal, vykřikl: „Rutherforde, tohle je transmutace!“ Rutherford mu opáčil: „Proboha, Soddy, neříkej tomu transmutace. Urazí nám hlavu jako alchymistům.“

Urychlovače částic

Existují dvě základní třídy urychlovačů: elektrostatické a urychlovače s oscilačním polem. Elektrostatické urychlovače využívají k urychlování částic statické elektrické pole. Malým příkladem této třídy je katodová trubice v běžném starém televizoru. Dalšími příklady jsou Cockcroftův-Waltonův generátor a Van de Graafův generátor. Dosažitelná kinetická energie částic v těchto zařízeních je omezena elektrickým průrazem. Urychlovače s oscilačním polem naproti tomu využívají radiofrekvenční elektromagnetické pole, které problém průrazu obchází. Tato třída, jejíž vývoj byl zahájen ve 20. letech 20. století, je základem všech moderních koncepcí urychlovačů a velkých zařízení. Za průkopníky oboru jsou považováni Rolf Widerøe, Gustav Ising, Leó Szilárd, Donald Kerst a Ernest Lawrence, kteří vymysleli a postavili první funkční lineární urychlovač částic, betatron a cyklotron.

Protože srážeče mohou poskytnout důkazy o struktuře subatomárního světa, byly urychlovače ve 20. století běžně označovány jako rozbíječe atomů. Navzdory skutečnosti, že většina urychlovačů (s výjimkou iontových zařízení) ve skutečnosti pohání subatomární částice, tento termín přetrvává v populárním používání při označování urychlovačů částic obecně.

Fermi National Accelerator Laboratory: Letecký snímek Tevatronu ve Fermilabu, který připomíná osmičku. Hlavní urychlovač je prstenec nahoře; ten dole (navzdory zdání asi poloviční průměr) slouží k předběžnému urychlování, chlazení a skladování svazku atd.

Předpovídat produkty transmutace je jako předpovídat produkty radioaktivního rozpadu. Je důležité dbát na to, aby celková atomová hmotnost a atomová čísla na obou stranách rovnice zůstala stejná.